Alteration of the metabolite spectrum of myxobacteria through alternative cultivation and extraction techniques

Abstract

Myxobacteria are a vast group of soil-living bacteria that have the ability to form extraordinary natural products with unique structures and bioactive properties. Natural products are synthesised by a number of biosynthetic pathways. The genetic information for these biosyntheses are encoded in biosynthetic gene clusters (BGC) found in the bacterial genome. Recent genome sequencing of myxobacteria indicated that a discrepancy exists between the annotated BGCs and the resulting natural products, suggesting that not every biosynthetic pathway are expressed under the chosen cultivation conditions. With the aim to identify more of the potential natural products, this thesis aimed to develop a co-cultivation strategy, establish a new solid-liquid cultivation platform and utilise an alternative extraction technique to exploit the hidden potential of further myxobacterial natural products. The formation of natural products was investigated using metabolome and bioactivity studies together with genome-based approaches, including the analysis of mass spectroscopic data by statistical data analysis and spectroscopic methods for structure elucidation. These achievements have generated a new set of secondary metabolites and led to the discovery of a novel myxobacterial class of natural products with remarkable antimycobacterial activity.

Myxobakterien sind eine große Gruppe von im Boden lebenden Bakterien, die in der Lage sind, außergewöhnliche Naturstoffe mit einzigartigen Strukturen und bioaktiven Eigenschaften zu bilden. Naturstoffe werden über eine Reihe von verschiedenen Biosynthesewegen synthetisiert. Die genetische Information für solche eine Biosynthese sind in biosynthetischen Genclustern (BGC) im bakteriellen Genom lokalisiert. Genomsequenzierungen von Myxobakterien haben gezeigt, dass eine Diskrepanz zwischen den annotierten BGCs und den daraus resultierenden Naturstoffen besteht, was darauf hindeutet, dass nicht alle Biosynthesewege unter den gewählten Kultivierungsbedingungen exprimiert werden. Mit dem Ziel, weitere potenzielle Naturstoffe zu identifizieren, wurde in dieser Arbeit eine Co-Kultivierungsstrategie entwickelt, eine neue Fest-Flüssig-Kultivierungsplattform entwickelt und eine alternative Extraktionstechnik angewandt, um das verborgene Potenzial weiterer myxobakterieller Naturstoffe zu erschließen. Die Bildung von Naturstoffen wurde durch Metabolom- und Bioaktivitätsstudien zusammen mit genombasierten Ansätzen untersucht, einschließlich der Analyse massenspektroskopischer Daten mittels statistische Datenanalyse und spektroskopische Methoden zur Strukturaufklärung. Diese Errungenschaften haben eine Reihe von neuen sekundär Metaboliten hervorgebracht und zur Entdeckung einer neuen myxobakteriellen Klasse von Naturstoffen mit bemerkenswerter antimykobakterieller Aktivität geführt.